[붙임] 연구결과 개요

1.연구배경

열대 기후는 열대 지역의 평균적인 기상 특성이면서 동시에 전 지구 기후에 영향을 미친다. 열대 기후의 패턴에 따라 전 지구의 기후가 달라지기 때문이다. 예를 들어 열대지역의 동서 수온 패턴에 따라 미국의 겨울의 세기가 달라진다. 따라서 열대 지역의 기후 변화 및 변동성을 이해하는 것은 기후학에서 가장 중요한 연구 분야 중 하나이다. 자연스럽게 열대 기후의 변동은 1950년대 혹은 그 이전부터 지금까지 활발하게 연구돼왔다. 다만 이 연구들은 주로 열대로부터 기인한 열대 기후의 변동에 초점을 맞추고 있었다.

반대로 2000년대 초반이 되어서 고(古)기후 자료들을 통해 고위도와 열대의 기후가 함께 움직인다는 사실이 알려지면서 고위도가 열대에 미치는 영향에 대해서도 활발히 연구가 진행되게 되었다. 지난 20년 동안, 고위도 기후 변화가 열대에 미치는 영향을 이해하기 위해 다양한 이론적 연구들이 발표되었다. 이 연구들을 통해 대기가 어떻게 고위도의 변화를 열대에 전달하는지가 확인되었다. 다만, 이 과정에서 이론적으로 이해하기 용이하게 만들기 위해 기후모델을 간소화하여 (대륙을 없다든지, 해양역학이 없다든지) 활용했다. 이에 본 연구팀은 “극지 기후변화가 열대 기후에 미치는 영향”을 지구를 종합적으로 모의하는 지구시스템모델을 활용해, 실제 지구에서 양 극의 기후 변화가 어떻게 열대 태평양에 영향을 미치며, 어떤 변화가 나타날 수 있을지에 대하여 연구했다.

2.연구내용 

본 연구에서는 지구시스템모델과 계층화모델을 활용하여 극지가 열대 태평양에 미치는 영향을 분석했다. 먼저 지구시스템모델에서 양 극에 일사량을 감소시켜 냉각효과를 만들어낸 상태에서 20세기 기후를 모의하여서, 각 냉각효과가 열대에 미치는 영향을 분석했다.

고위도의 냉각은 열대지역 수온을 감소시키는데, 공통적으로 동태평양에 강하게 나타나게 된다. 동태평양은 서태평양에 비해 수온이 낮은데, 고위도 냉각이 이를 더 낮추게 되는 것이다. 그에 따라 워커순환이 더욱 강화되게 된다. 한편, 이러한 변화를 기후시스템의 구성요소 (대기, 해양, 빙하 등)이 복합적으로 작용하는 상황에서는 각 인자의 역할을 이해하기가 어렵다. 따라서 본 연구에서는 계층화 모델을 함께 활용하였다.

계층화 모델을 활용하여 동일한 실험을 수행한 결과, 놀랍게도 북극과 남극이 열대 태평양에 미치는 영향은 매우 달랐다. 두 경우 모두, 고위도의 냉각에 의한 효과가 열대수렴대 인근에서 감소하게 된다. 그런데 열대수렴대는 지구에서 적도에 위치해있는 것이 아니라 북반구 열대지역에 위치하고 있다. 따라서 북극의 냉각효과는 적도에 큰 영향을 미치지 못하고 서태평양으로 전파되어 워커순환을 약화시키는 한편, 남극의 경우에는 적도와 동태평양에 큰 영향을 주고 워커순환을 강화시키는 것을 확인하였다. 이를 지구시스템모델과 비교해보면 고위도가 열대에 미치는 영향에는 해양을 통해서 많은 부분이 나타나게 되는 것을 의미하며, 본 연구팀은 특히 이 과정에서 동태평양 용승이 중요한 역할을 하는 것을 분석을 통해 확인하였다. 

3.기대효과

이번 연구를 통해 최근 고위도와 열대 기후변화에 대한 이해를 높이고, 고위도가 열대에 미치는 영향성에 대해 확인하였다. 특히 이 과정에서 열대 대기 순환의 변화를 확인하면서, 고위도 기후 오차를 개선이 열대 기후 개선에도 영향을 줄 수 있음을 보여주었다. 또 기후변화에 따른 고위도 변화가 열대 기후에 미칠 가능성을 제시하고, 미래 기후에서 고위도가 열대 기후 변화에 미칠 영향에 대한 다양한 연구에 활용될 전망이다.

남빙양은 기후 모델에서 가장 큰 오차를 보여주는 지역이다. 본 연구 결과에서 제시하였듯이 고위도 기후 오차를 줄이는 것이 지역적 기후 오차를 넘어서 열대 지역과 전 지국 기후 정확성을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

[붙임] 용어설명

1.지구시스템모델 (Earth System Model)

지구시스템모델은 대기권, 수권, 지권, 빙권, 생물권 등으로 구성되는 지구기후시스템의 장기간의 변화를 분석·예측할 수 있는 모델로, 부문별 기술이 총체적으로 결합된 모델이다.

2.계층화모델 (Hierarchy model)

한 기후모델의 각 요소를 추가/제거하여 기후시스템의 수준을 계층화시킨 모델들이다. 예를 들어 대기만 존재하는 모델, 대기와 해양이 존재하는 모델, 대기, 해양, 해빙이 존재하는 모델이 있다면 각 모델을 비교분석함으로 대기,해양,해빙의 영향을 각각 이해할 수 있다. 이렇게 기후시스템의 수준을 계층화하여 기후 현상의 원인을 각 요소에 맞게 분석할 수 있는 모델 그룹을 계층화 모델이라고 한다. 

3.워커순환 (Walker Circulation)

열대 태평양에서 차가운 동태평양과 따뜻한 서태평양 사이의 해수면 온도 차이로 인해 나타나는 대규모의 대기 순환으로 인도네시아 부근에서는 상승기류가, 동태평양에서는 하강기류가 지배적으로 나타난다. 열대 태평양 무역풍은 대기 순환인 워커 순환의 일부다.  

4.열대수렴대 (Intertropical Convergence Zone)

열대수렴대는 열대 지역의 강수가 집중되어있는 지역이다. 무역풍이 적도로 수렴하고, 그에 따라 나타나는 상승기류로 인해 많은 구름과 강수가 발생하게 된다. 열대 수렴대는 해양의 영향으로 연평균 북위 5도 정도에 위치한다.

 5.용승 (Upwelling)

차고 영양염이 많은 심층수가 바람의 작용으로 인해 표층으로 올라오는 현상이다. 용승으로 인해 동태평양 연안에는 풍부한 어장이 형성된다.

[붙임] 그림설명

그림1. 극지 냉각효과가 열대지역에 미치는 영향 시뮬레이션: (A) (북극 냉각효과, 해양 고려) 북반구 고위도 냉각효과가 열대 동태평양 바닷물의 용승(colder upwelling)을 통해 동서간 해수면 온도차를 늘리고 워커순환(열대 태평양 무역풍)이 강해짐. (B) (남극 냉각효과, 해양 고려) 마찬가지로 워커순환이 강해짐 (C) (북반구 냉각효과, 해양 제외) 열대수렴대(6.5 mm/day의 강우량을 보이는 지역, 노란색선)로 인해 서태평양에 제한적으로 영향을 줌. 또한 구름에 의한 햇빛 반사로 서태평양 온도가 내려감에 따라 동서간 해수면 온도차가 더 줄고 워커순환이 약화됨. (D) (남반구 냉각효과, 해양제외) 남반구 고위도 냉각효과는 열대수렴대를 피해 열대 동태평양으로 전파됨에 따라 동서간 해수면 온도 편차가 증가하고, 워커순환이 강해짐.